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如何藉由運動與禁食促進大腦功能

文:林庭佑 博士生 / 國立臺灣師範大學

藉由前兩篇文章,我們了解了影響生物年齡的因子生活習慣對健康的影響
本篇將針對運動禁食這兩個能夠有效保持大腦年輕的方法進行闡述,並於文末介紹要怎麼將兩者結合。

運動:不同的運動類型有不同的效果

我們的大腦就像肌肉一樣,要接受適當的刺激才能夠變得更加強健。給予大腦的刺激要達到良好的效果有兩個關鍵:「複雜」與「新穎」兩個要素 1,2

運動除了可以改善生理健康,同時也會增加神經滋養因子 (BDNF) 的釋放3,進而使神經新生的數量上升 4。臺灣師範大學洪聰敏研究講座教授與臺灣大學洪巧菱副教授等人,在2018年發表的研究即發現在運動量相近的情況下,打羽球比起跑步更能夠促進血清中的BDNF濃度的上升 5。由此可見,學習一項包含了複雜動作的運動,例如:持拍運動 (桌球、網球、羽球) 可能會對大腦有更好的幫助。

「阻力訓練」除了可以提升肌肉量與肌力,同樣也能增加血中BDNF的濃度,但並非所有形式的阻力運動都能達到最佳的效果。自由重量(free-weight) 、多關節(multi-joint) 的阻力運動 (例如槓鈴、壺鈴)
除了對於身體功能比起器械式、單關節的動作有更大的幫助之外 6,7,綜合數篇過去的研究可以發現自由重量、多關節 8,9 而非單關節、器械式的阻力運動 10,11 才能夠顯著地提升血中BDNF的濃度
。兩者的差異可能來自於前者的動作更加複雜,因此需要投入更多的心智資源與徵招更多的肌肉參與12,13所致。

禁食:需要多久?

除了規律運動以外,間歇性禁食 (intermittent fasting) 一樣可以提升神經滋養因子的釋放,同時也能活化Notch等與神經元生長相關的訊息途徑 (signaling pathway),Baik等人在2020年發表的動物實驗顯示,只要每天禁食16個小時 持續三個月,海馬迴 (負責學習與記憶的腦區) 中就會有更多的新生神經元 14

不論是規律運動或是禁食對於身體來說都是一種「良性壓力」,可以讓我們維持健康對抗潛在疾病。禁食能夠促進健康的其中一個生理途徑,是藉由暫時停止攝取食物來限制細胞可以獲得的能量,而運動本身又能更進一步地增加能量的消耗,因此合併兩者能夠達到更好的效果 15

該如何執行?

(註:此文章僅為提供資訊,非醫療建議,有任何疾病相關問題請與您的醫師討論)

一篇2019年發表在新英格蘭醫學期刊 15 的文獻給出「漸進式」的禁食處方,與平常我們所說運動要漸進式地增加負荷的概念相若。禁食和運動一樣需要練習與適應,剛開始時可以從晚一點吃早餐並且早一點吃晚餐 (並與消夜說再見) 起步。以下即為結合兩者而生的漸進式運動與禁食處方:

引用文獻

  1. Kempermann, G., Kuhn, H. G. & Gage, F. H. More hippocampal neurons in adult mice living in an enriched environment. Nature 386, 493-495 (1997).
  2. Ramirez-Amaya, V., Marrone, D. F., Gage, F. H., Worley, P. F. & Barnes, C. A. Integration of new neurons into functional neural networks. Journal of Neuroscience 26, 12237-12241 (2006).
  3. Vaynman, S., Ying, Z. & Gomez‐Pinilla, F. Hippocampal BDNF mediates the efficacy of exercise on synaptic plasticity and cognition. European Journal of Neuroscience 20, 2580-2590 (2004).
  4. Van Praag, H., Kempermann, G. & Gage, F. H. Running increases cell proliferation and neurogenesis in the adult mouse dentate gyrus. Nature neuroscience 2, 266-270 (1999).
  5. Hung, C.-L., Tseng, J.-W., Chao, H.-H., Hung, T.-M. & Wang, H.-S. Effect of acute exercise mode on serum brain-derived neurotrophic factor (BDNF) and task switching performance. Journal of clinical medicine 7, 301 (2018).
  6. Wirth, K., Keiner, M., Hartmann, H., Sander, A. & Mickel, C. Effect of 8 weeks of free-weight and machine-based strength training on strength and power performance. Journal of human kinetics 53, 201-210 (2016).
  7. Cussler, E. C. et al. Weight lifted in strength training predicts bone change in postmenopausal women. Medicine science in sports exercise 35, 10-17 (2003).
  8. Church, D. D. et al. Comparison of high intensity versus high volume resistance training on the BDNF response to exercise. Journal of Applied Physiology 121, 123-128 (2016).
  9. Yarrow, J. F., White, L. J., McCoy, S. C. & Borst, S. E. Training augments resistance exercise induced elevation of circulating brain derived neurotrophic factor (BDNF). Neuroscience letters 479, 161-165 (2010).
  10. Goekint, M. et al. Strength training does not influence serum brain-derived neurotrophic factor. European journal of applied physiology 110, 285-293 (2010).
  11. Correia, P. R. et al. Acute strength exercise and the involvement of small or large muscle mass on plasma brain-derived neurotrophic factor levels. Clinics 65, 1123-1126 (2010).
  12. Schick, E. E. et al. A comparison of muscle activation between a Smith machine and free weight bench press. The Journal of Strength & Conditioning Research 24, 779-784 (2010).
  13. Schwanbeck, S., Chilibeck, P. D. & Binsted, G. A comparison of free weight squat to Smith machine squat using electromyography. The Journal of Strength & Conditioning Research 23, 2588-2591 (2009).
  14. Baik, S. H., Rajeev, V., Fann, D. Y. W., Jo, D. G. & Arumugam, T. V. Intermittent fasting increases adult hippocampal neurogenesis. Brain and Behavior 10, e01444 (2020).
  15. de Cabo, R. & Mattson, M. P. Effects of Intermittent Fasting on Health, Aging, and Disease. New England Journal of Medicine 381, 2541-2551 (2019).
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